Способ массообмена газа с жидкостью Советский патент 1981 года по МПК B01D3/00 B01J19/00 

(54)СГОСОБ МАССООБМЕНА ГАЗА С ЖВДКОСТЬЮ

t

Изобретение относится к массообмену газа с жидкостью, особенно для перемешивания и аэрации больших объе-, нов жидкости в химической и микробиологической промышленности.

Известен способ проведения процесса массообмена в системе газ-жидкость путем инжектирования жидкости газом|,11Известен также способ массообмена газа с жидкостью путем пропускания газа через заполненный жидкостью объем в центральной части его и создания вертикальных контуров циркуляции жидкости и газа ,2 J,

Однако такой способ массообмена газа с жидкостью не позволяет достичь высокой степени аэрации жидкости, так как не обеспечены условия для диспергирования газа и образования устойчивой газожидкостной эмульсии.

Цель изобретения - интенсификация массообмена.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно пропускают газ череэ изолированные, заполненные жидкостью объемы, расположенные внутри циркуляционных контуров. и эжектируют

полученную газожидкостную эмульсию восходящим потоком циркуляции, а часть нисходящего потока направляют в изолированные, заполиенные жидкостью объемы.

При этом жидкость в изолированных объемах дополнительно турбулизуют.

10

Контур вертикальной циркуляции жидкости создают специально, он имеет особую форму, .при этом масса жидкости в центральной части контура изолирована от его периферийной части и соISобщается только с нисходящим и восходящим потоками циркуляционного контура. Такой циркуляционный контур создают путем предварительного размещения в центральной области массы

М жидкости над местом вдувания газа в жидкость и симметрично ему, например, горообразного полого элемента. Газ для эмульгирования подают s объем ЖИДКОСТИ, ограниченный полым элементом. Проток жидкости через данный изолированный в центральной части контура объем создается за счет сообщения этого объема с нисходящим и восходящим потоками контура вертикальной циркуляции эжекцией восходя цйм потоком и инжекцией в восходящий поток газом, подаваемым для эмульгирования жидкости. Пропускание газа через изолированные, заполненные жидкостью, объемы расположенные внутри циркуляционных контуров, позволяет приготовить качественную, т.е. мелкодисперсную и стойкую, газожидкостную эмульсию, особенно при дополнительной турбулизации этого объема. Подлежащие смешиванию с массой жидкости дополнительные компоненты целесообразно подавать непосредственно в изолированные, заполненные жидкостью, объемы, расположенные внутри когтуров, чтобы уже на первом этапе перемешивания в турбулентной зоне - получить гпзожидкостную эмульсию с равномерным распределением по изолированному объ му жидкости всех участвующих в перем шивании компонентов. Приготовление эмульсии в изолированных, заполненны жидкостью, объемах позволяет вводить очень большие удельные мощности для аэрации жидкости. Следующим этапом перемешивани является циркуляция массы жидкости с равномерно распределенной в циркуляционном потоке газожидкостной эмульсией. Эжектирование газожидкостной эмульсии из изолированных объемов а восходящий поток циркуляционного контура позволяет получить однородны поток смеси. При этом эжектирование газожидкостной эмульсии можно реализовать двумя путями - восходящим пот ком вертикальной циркуляции или газо который пропускают сквозь изолированный, заполненный жидкостью, объем (ограниченный контурами) для пригото ления эмульсии. Реализацию каждой из указанных возможностей эжектирования осуществляют вдуванием газа в массу жидкости у ее основания в центре и в изолированный, заполненный жидкостью, объем с различными скоростями. В процессе эжекции газ, пропускаемый сквозь; иголированный объем, вдувается в вос ходящий поток циркуляционного контур и диспергируется в нем, вторично уча ствуя в аэрации жидкости. Вьше зоны эжекции в восходящем потоке также происходит диспергирование и равномерное распределение газа, вдуваемого в массу жидкости у ее основания в центре. Таким образом, выше зоны эжекции и потоке циркуляции получаем однородную, с высокой степенью аэрации,газожидкостную эмульсию. Кроме того, циркуляционный поток вьше зоны эжекции, начиная от зоны перемешивания, всегда близок к ламинарному, в котором пузырьки газа сохраняются значительно дольше, чем в турбулентном потоке. Часть нисходящего потока циркуляции направляют в изолированный, заполненный жидкостью, объем, а остальная часть нисходящего потока переходит в восходящий поток циркуляции. Создание дополнительного круга циркуляции позволяет эффективнее осуществлять аэрацию массы жидкости. Таким образом, предлагаемый способ позволяет интенсифицировать массообмен с жидкостью. Пример. Газ вдували в заполненный объем жидкости в центральной части его со скоростью до 15 м/с и дополнительно - в изолированные,заполненные жидкостью, объемы со скоростью м/с, В эти изолированные объеьяй добавляли подкрашенный жидкий компонент. Эжекцию газожидкостиой эмульсии из изолированных объемов осуществляли восходящим потоком циркуляции.В потоке циркуляции Bbmie зоны эжекции набгаодали образование близкого к ламинарному потока с равномерньи распределением газовых пузырьков и подкрашенной жидкости. По сравнению с известньм способом достигнута интенсификация массообмена в два раза. При дополнительной турбулизации газожидкостной эмульсии в изолированных объемах жидкости достигнута интенсификация массообмена в 4,2 раза, Турбулизацию проводили посредством действия равномерно распределенных по основанию изолированного объема жидкости электромагнитных генераторов импульсов давления. При этом электромагнитный генератор импульсов давления в жидкости выполнен в виде корпуса из немагнитной стали с надетой на него обмоткой,охваченной ярмом, внутри корпуса расположен свободный сердечник, снабженный отверстиями для барботажа газа. Генератор питается от сети 380 В чеI рез преобразователь частоты. При вклчении питания сердечники генераторов совершают ускоренное возвратно-поступательное движение с частотой 2 Гц, турбулизируя находящуюся над ниьш в изолированном объеме 2 газожидкостную эмульсию.

Использование предлагаемого способа массообмена газа с жидкостью обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

а) возможность приготовления в изолированных, заполненных жидкостью объемах газожидкостной эмульсии с высокой степенью аэрации вследствие большой вводимой удельной мощности;

б)возможность равномерного распределения приготовленной в изолированных объемах газожидкостной эмульсии в циркуляционном потоке, т.е. по всей массе жидкости, вследствие ис ПОЛЬ зов ания принципа эжекции;

в) обеспечение ламинарного тече нйя в циркуляционнрм потоке,начиная от зоны, расположенной вьппе зоны эжекции, что повьипает коэффициент полезного действия способа;

г)создание доцолнительной вертикальной циркуляции путем направления части нисходящего потока в изолированный объем;

д) обеспечение увеличения в 2-4 раза т.е. более интенсивного массообмена.

Предлагаемый способ массообмена газа с жидкостью предполагается использовать в дрожжерастительных аппаратах технологической линии производ|ства белково-витаминньк концентратов, что позволит увеличить их производительность в 2-3 раза при одновременном повышении надежности за счет исключе ния аэрирующих устройств со щелевыми турбинами.

формула изобретения

10

1. Способ массообмена газа с жидкостью путем пропускания газа через заполненный жидкостью объем в центральной части его и создания вертикальных восходящих и нисходящих контуров циркуляции жидкости и газа,о тличающийся тем, что, с Целью интенсификации массообмена, дополнительно пропускают . газ через изолированные, заполненные жидкостью, объемы, расположенные внутри циркуляционных контуров, и эжектируют полученную газожидкостную эмульсию восходящим потоком циркуляции, а часть нисходящего потока направляют в изолированные, заполненные жидкостью объемы.

2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что жидкость в изолированных объемах дополнительно турбулизуют.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР № 424573, кл. В 01 D 3/00, 1972.

2. Патент США 3405920, кл. 216-123, 1968.